vestnikskfuВестник Северо-Кавказского федерального университетаNewsletter of North-Caucasus Federal University2307-907XNorth-Caucasus Federal University10.37493/2307-907X.2024.3.2vestnikskfu-2702Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESИспользование кабельных ЛЭП в системах электроснабжения железных дорогThe use of cable power lines in power supply systems of railwaysКрюковА. В.KryukovA. V.

Андрей Васильевич Крюков – доктор технических наук, профессор кафедры электроэнергетики транспорта; профессор кафедры электроснабжения и электротехники

д. 15 ул. Чернышевского, Иркутск, 664074

д. 83, ул. Лермонтова, Иркутск, 664074

Andrey V. Kryukov – Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Electric Power Engineering of Transport; Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering

15 Chernyshevsky str., Irkutsk, 664074

83 Lermontov str., Irkutsk, 664074

and_kryukov@mail.ruСусловК. В.SuslovK. V.

Константин Витальевич Суслов – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии; профессор кафедры электроснабжения и электротехники

д. 14 ул. Красноказарменная, Москва, 111250

д. 83, ул. Лермонтова, Иркутск, 664074

Konstantin V. Suslov – Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor, Professor of the Department of Hydropower and Renewable Energy Sources; Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering

14 Krasnokazarmennaya str., Moscow, 111250

83 Lermontov str., Irkutsk, 664074

dr.souslov@yandex.ruЧерепановА. В.CherepanovA. V.

Александр Валерьевич Черепанов – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электроэнергетика транспорта

д. 15 ул. Чернышевского, Иркутск, 664074

Alexander V. Cherepanov – Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Electric Power Engineering of Transport

15 Chernyshevsky str., Irkutsk, 664074

smart_grid@mail.ruФесакИ. А.FesakI. A.

Илья Анатольевич Фесак – аспирант

д. 15 ул. Чернышевского, Иркутск, 664074

Ilya A. Fesak – Graduate Student

15 Chernyshevsky str., Irkutsk, 664074

fesakilya@yandex.ruИркутский государственный университет путей сообщения; Иркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk State Transport University; Irkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationНациональный исследовательский университет «МЭИ»; Иркутский национальный исследовательский технический университетРоссияNational Research University "MPEI"; Irkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationИркутский государственный университет путей сообщенияРоссияIrkutsk State Transport UniversityRussian Federation202412072024031825Copyright © Крюков А.В., Суслов К.В., Черепанов А.В., Фесак И.А., 20242024Крюков А.В., Суслов К.В., Черепанов А.В., Фесак И.А.Kryukov A.V., Suslov K.V., Cherepanov A.V., Fesak I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnikskfu.elpub.ru/jour/article/view/2702

Введение. Для присоединения тяговых подстанций (ТП) железных дорог к сетям 110-220 кВ традиционно применяются воздушные линии (ВЛ) электропередачи. Такой подход обладает целым рядом недостатков, которые можно исключить при использовании для подключения ТП кабелей 110-220 кВ с изоляцией из молекулярно сшитого полиэтилена (СПЭК). Цель. Разработка цифровых моделей для определения режимов систем электроснабжения железных дорог (СЭЖД) с питанием тяговых подстанций по СПЭК. Материалы и методы. Использовались методы мультифазного моделирования электроэнергетических систем и программный продукт Fazonord, версия 5.3.4.5–2024. Результаты и обсуждение. Сопоставление воздушной линии 110 кВ с проводами АС-300 и СПЭК аналогичного сечения показало, что в случае СПЭК примерно на 75 % снижены среднеквадратичные отклонения напряжений на токоприемниках электровозов. В 3…5 раз уменьшается несимметрия по обратной последовательности, однако за счет емкостной генерации СПЭК повышаются токи при малых нагрузках и потери в ЛЭП. Заключение. Разработанные цифровые модели могут применяться при проектировании. Методика определения режимов является универсальной и может использоваться для расчета режимов СЭЖД любой конфигурации и тяговых сетей различного конструктивного исполнения.

Introduction. Overhead power lines are traditionally used to connect railway traction substations to 110-220 kV networks. This approach has a number of disadvantages that can be eliminated when using 110-220 kV cables with molecular cross-linked polyethylene insulation in external power supply systems for traction substations. Goal. To develop digital models to determine the modes of railway power supply systems with power supply to traction substations via cables. Materials and methods.. Methods of multiphase modeling of electrical power systems and the Fazonord software product, version 5.3.4.5–2024 were used. Results and discussion. A comparison of the 110 kV AS-300 overhead line and a cable of a similar cross-section showed that in the case of a cable line, the standard deviations of voltages on the current collectors of electric locomotives were reduced by approximately 75%. Negative sequence asymmetry is reduced by 3...5 times, however, due to capacitive generation by cables, currents at low loads and losses in power lines increase. Conclusion. The developed digital models can be used in design. The modeling technique is universal and can be used to calculate the modes of power supply systems of any configuration and traction networks of various designs.

железные дорогисистемы электроснабжениякабели с изоляцией из сшитого полиэтиленацифровое моделированиеrailwayspower supply systemsXLPE insulated cablesdigital modelingReferencesБадалян Н. П., Колесник Г. П., Чащин Е. А. Заземление экрана однофазных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2019. № 30. С. 63–78.Badalyan NP, Kolesnik GP, Chashchin EA. Grounding the screen of single-phase power cables with cross-linked polyethylene insulation. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. electrical engineering, information technology, control systems. 2019;30:63-78. (In Russ.)Кудаярова А. А., Хузина Л. Н. Проблема выбора способа заземления металлических экранов // Электротехнические комплексы и системы. Уфа, 2017. С. 214–219.Kudayarova AA, Khuzina LN. The problem of choosing a method for grounding metal screens. Electrotechnical complexes and systems. Ufa; 2017. P. 214-219. (In Russ.)Зотова М. В., Смирнов Е. В., Смирнова А. Г. Заземление экранов однофазных кабелей высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена // Электроэнергетика глазами молодежи. Иваново: ИГЭУ, 2015. С. 458–461.Zotova MV, Smirnov EV, Smirnova AG. Grounding of screens of single-phase high voltage cables with cross-linked polyethylene insulation. Electric power industry through the eyes of youth. Ivanovo: ISUE; 2015. Р. 458-461. (In Russ.)Голдобин Д. А., Шумахер Е. Е. Нормальные и аварийные режимы кабельных линий 110 кВ с полиэтиленовой изоляцией // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 8-1(86). С. 103–111.Goldobin DA, Schumacher EE. Normal and emergency modes of 110 kV cable lines with polyethylene insulation. International scientific research journal. 2019;8-1(86):103-111. (In Russ.)Дмитриев М. В. Особенности передачи мощности по протяженным КЛ 6–500 кВ переменного напряжения // Электроэнергия. Передача и распределение. 2017. № 2(41). С. 52–59.Dmitriev MV. Features of power transmission over long cable lines of 6-500 kV alternating voltage. Electricity. Transmission and distribution. 2017;2(41): 52-59. (In Russ.)Дмитриев М. В. Кабельные линии высокого напряжения. СПб.: Политех-Пресс, 2021. 688 с.Dmitriev MV. High voltage cable lines. Saint Petersburg: Politeсh publishing; 2021. 688 p. (In Russ.)Дмитриев М. В. Продольные параметры кабельных линий 6–500 кВ с однофазными кабелями // Электроэнергия. Передача и распределение. 2018. № 1(46). С. 84–90.Dmitriev MV. Longitudinal parameters of cable lines 6-500 kV with single-phase cables. Electricity. Transmission and distribution. 2018;1(46):84-90. (In Russ.)Дмитриев М. В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6–500 кВ. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 152 с.Dmitriev MV. Screen grounding of single-phase power cables. Saint-Petersburg: Politeсh publishing; 2010. 152 p. (In Russ.)Неугодников И. П., Косяков А. А. Автоматизация расчета силовых кабелей 6-500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена // Железнодорожный транспорт. 2013. № 4(10). С. 12–16.Neugodnikov IP., Kosyakov AA. Automation of calculation of 6-500 kV power cables with cross-linked polyethylene insulation. Railway transport. 2013;4(10):12-16. (In Russ.)Lee S.-B. et al. Development of 250kV HVDC XLPE cable system in Korea, Proceedings of 2014 International Symposium on Electrical Insulating Materials, Niigata, Japan, 2014. 334-337, doi: 10.1109/ISEIM.2014.6870787.Lee S.-B. et al. Development of 250kV HVDC XLPE cable system in Korea, Proceedings of 2014 International Symposium on Electrical Insulating Materials, Niigata, Japan, 2014. 334-337, doi: 10.1109/ISEIM.2014.6870787.Qin S. et al. Simulation Study on Influence of Cable Tunnel Shape on Temperature Rise of XLPE Cable, 2022 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Applications (ICHVE), Chongqing, China, 2022. 1-4, doi: 10.1109/ICHVE53725.2022.9961379.Qin S. et al. Simulation Study on Influence of Cable Tunnel Shape on Temperature Rise of XLPE Cable, 2022 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Applications (ICHVE), Chongqing, China, 2022. 1-4, doi: 10.1109/ICHVE53725.2022.9961379.Su B. et al. Insulation Fault Detection and Optimization System of High Voltage XLPE Cable Sheath. 2021. 131-134. doi:10.1109/ICICAS53977.2021.00032.Su B. et al. Insulation Fault Detection and Optimization System of High Voltage XLPE Cable Sheath. 2021. 131-134. doi:10.1109/ICICAS53977.2021.00032.Adhikari N. Studies on the Characteristics of Partial Discharges in High-Voltage XLPE Cable Joints exposed to Lightning Impulse Voltages, 2023 Second International Conference on Electrical, Electronics, Information and Communication Technologies (ICEEICT), Trichirappalli, India, 2023. 1-5, doi: 10.1109/ICEEICT56924.2023.10157592.Adhikari N. Studies on the Characteristics of Partial Discharges in High-Voltage XLPE Cable Joints exposed to Lightning Impulse Voltages, 2023 Second International Conference on Electrical, Electronics, Information and Communication Technologies (ICEEICT), Trichirappalli, India, 2023. 1-5, doi: 10.1109/ICEEICT56924.2023.10157592.Закарюкин В. П., Крюков А. В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2005. 273 с.Zakaryukin VP, Kryukov AV. Complex asymmetric modes of electrical systems. Irkutsk: Irkut Publishing House Univ.; 2005. 273 p. (In Russ.)Закарюкин В. П., Крюков А. В. Методы совместного моделирования систем тягового и внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока / под ред. А.В. Крюкова. Иркутск: ИрГУПС. 2010. 160 с.Zakaryukin VP, Kryukov AV. Methods for joint modeling of traction and external power supply systems for AC railways. Irkutsk; 2010. 160 p. (In Russ.)Закарюкин В. П., Крюков А. В. Моделирование многопроводных систем с одножильными экранированными кабелями // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2007. № 4(16). С. 63–66.Zakaryukin VP, Kryukov AV. Modeling of multi-wire systems with single-core shielded cables. Modern technologies. System analysis. Modeling. 2007;4(16):63-66. (In Russ.)Закарюкин В. П., Крюков А. В. Моделирование режимов электрических сетей с высоковольтными коаксиальными кабелями // Известия НТЦ Единой энергетической системы. 2016. № 1(74). С. 42–57.Zakaryukin VP, Kryukov AV. Modeling the modes of electrical networks with high-voltage coaxial cables. News of the Scientific and Technical Center of the Unified Energy System. 2016;1(74):42-57. (In Russ.)Моделирование трехфазных систем тягового электроснабжения железных дорог переменного тока / А. В. Крюков, В. П. Закарюкин, А. В. Черепанов [и др.]; под ред. А. В. Крюкова. Екатеринбург: УрГУПС, 2023. 170 с.Modeling of three-phase AC traction power supply systems for railways: monograph / AV Kryukov, VP Zakaryukin, AV Cherepanov [etc.]. Ekaterinburg, 2023. 170 p. (In Russ.)Мокеев А. В. Разработка и внедрение систем сбора телемеханической информации // Электрические станции. 2007. № 6. С. 60–61.Mokeev AV. Development and implementation of systems for collecting telemechanical information. Electric stations. 2007;6:60-61. (In Russ.)Закарюкин В. П., Крюков А. В. Алгоритмы определения параметров элементов электроэнергетических систем на основе пофазных измерений. М.: Директ-Медиа, 2023. 222 с.Zakaryukin VP, Kryukov AV. Algorithms for determining the parameters of elements of electrical power systems based on phase-by-phase measurements. Moscow: Direct-Media; 2023. 222 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.